隨著信息技術的發展和普及，國外大型流程工業企業，特別是石油化工企業，均十分重視信息集成技術的應用，紛紛以極大的熱情和精力，構架工廠級、公司級甚至超公司級的信息集成系統。MES是連接現場層與管理層的生產管理技術與實時信息系統，它是實施企業敏捷制造戰略，實現車間生產敏捷化的基本技術手段。石化企業十分重視MES的建設，并取得了一些應用成果，本文詳細分析介紹了石化企業的應用架構、主要功能及系統部署。

一、MES概述

1、MES的定義

    MES（Manufacturing Execution System）-生產執行系統，是美國管理界上世紀九十年代提出的新概念。MESA（MES國際聯合會）對MES的定義是：MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理。當工廠發生實時事件時，MES能對此及時作出反應、報告，并用當前的準確數據對它們進行指導和處理。這種對狀態變化的迅速響應使MES能夠減少企業內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產回報率。MES還能通過雙向的直接通訊在企業內部和整個產品供應鏈中提供有關產品行為的關鍵任務信息。

2、MES的發展

    MES作為生產形態變革的產物，其起源大多源自工廠的內部需求，傳統的MES（T-MES）就是從70年代的零星車間級應用發展起來的。20世紀80年代后期，隨著計算機技術和網絡技術的迅速發展，流程工業控制中出現了多學科間的相互滲透與交叉;同時，信號處理技術、計算機技術、通信技術及計算機網絡與自動控制技術的結合使過程控制開始突破自動化孤島模式，出現了集控制、優化、調度、管理和經營于一體的綜合自動化新模式。

    由于MES強調控制和協調，使現代制造業信息系統不僅有很好的計劃系統，而且能使計劃落實到實處的執行系統。MES可以為用戶提供一個快速反應、有彈性、精細化的制造業環境，幫助企業減低成本、按期交貨、提高產品的質量和提高服務質量。MES適用于不同行業（石化、鋼鐵、家電、汽車、通訊、IT、醫藥），能夠對單一的大批量生產和既有多品種小批量生產又有大批量生產的混合型制造企業提供良好的企業信息管理。MES可以將數據信息從產品級取出，穿過操作控制級，送達管理級，通過連續信息流來實現企業信息全集成。目前國內外許多企業已開始采用這項技術來增強自身的核心競爭力。

3、MES相關標準

    針對于MES的國際標準有IEC/ISO 62264和ANSI/ISA-95，它定義了企業級業務系統與工廠車間級控制系統相集成時所使用的術語和模型。該標準還定義了中間層MES系統應支持的生產作業活動。很多供應商、用戶、顧問都參與了該標準的制定和定義，這就確保了該標準具有堅實的基礎以及高度的可用性。該標準目前由三部分組成，即企業功能部分，信息流部分和控制功能部分。其中第3部分定義了MES的作業活動。它著重闡述了與生產（Production）、維護（Maintenance）及質量（Quality）等有關的作業活動。

二、石化行業的特點與MES在石化領域的應用

1、石化行業的特點

    石化行業是我國國民經濟的支柱產業之一，為國民經濟的持續發展作出了積極的貢獻。石油化工生產屬于連續性生產，生產線一級自動化程度較高。DCS、PLC（可編程控制器）和IPC（工業個人計算機）系統已成為石化企業的主要控制手段。另外，石化行業的生產是一個多投入、多產出的過程，即：每套裝置的產出同時包含著各種不同的半成或產成品，其中半成品進入下一套裝置又會產生各種不同的產品，同時還存在著物料回流的現象。

    我國石化企業的管理模式主要有兩種，即集中式管理模式和分布式管理模式。集中式管理模式指地區公司不下設工廠，其生產管理相關的職能部門及管理活動集中在地區公司一級進行。分布式生產管理模式則指地區公司下設工廠，工廠下設相關職能部門，其生產管理分散在各工廠內部進行，地區公司僅負責協調監督工作。

2、MES在石化領域的應用

    隨著信息技術的發展和普及，國外大型流程工業企業，特別是石油化工企業，均十分重視信息集成技術的應用，紛紛以極大的熱情和精力，構架工廠級、公司級甚至跨國集團公司級的信息集成系統。MES以面向數據的模型為核心系統，連接實時數據庫和關系數據庫，對生產過程進行過程監視、控制和診斷、環境監測、單元整合、模擬和優化，并進行物料平衡、生產計劃、調度、排產、離線在線模擬與優化等操作管理。這樣，就使流程工業綜合自動化系統中原來難以處理的具有生產與管理雙重性質的信息問題得到了解決。目前，MES已成為西方先進工業國家流程工業綜合自動化系統理論和產品的主流框架。MES的建設在我國石化行業還處于初級階段。前幾年在中石油、中石化做了很多相關工作，如計劃調度、實時數據庫系統等，但都比較零散，缺乏系統性。近幾年，隨著我國石化行業信息化建設的迅猛發展，中石油、中石化都制定了各自的信息技術總體規劃，都把MES作為信息化建設的重點。中石油已于2004年在大連石化進行了MES試點。中石化也于2004年在茂名、濟南、安慶、荊門進行了MES試點。

三、石化企業MES的技術架構

1、石化企業MES的技術架構

    根據石化企業的特點，可以將石化企業MES的業務領域分解為四個關鍵領域，即生產計劃與排產，生產運行管理，生產執行和生產統計，這些業務領域是一個工廠管理的核心。工廠維護，物料管理，質量管理，銷售與分銷，工程項目管理，健康、安全與環保管理、財務管理、人事管理等業務領域雖然不屬于MES直接覆蓋的領域，但MES需要與這些業務領域交換信息。

    石化企業的生產運行和管理，需要一系列應用系統來支持：

    1）生產運行系統是支持工廠管理的核心系統;

    2）集散控制系統（DCS）、先進過程控制系統（APC）、實時優化系統（RTO）等控制系統，是生產運行系統最直接的實時數據來源。

    3）企業資源計劃系統（ERP）和生產運行系統（MES）是支持生產運行系統的最主要的兩個應用系統，它們為生產運行系統提供有關工廠維護，物料管理，質量管理，銷售與分銷管理，健康、安全與環保，以及財務管理和人事管理的相關信息。生產運行系統的信息又會進一步反饋到這些系統中去。

    4）一些工程項目管理和工藝管理的業務領域由工程類應用系統或企業資源計劃系統的部分模塊來實現。

    5）工廠的一些基礎信息，如裝置流程圖等，由工廠基本信息系統來管理和維護。

2、各主要模塊的功能

    主流的石化企業MES系統包括以下模塊，各模塊的功能如下所述：

    1）生產計劃與排產：利用生產運行系統的工具，在工廠層面進行更進一步、細化的優化排產;

    2）運行管理：按照生產計劃和生產排產系統產生的作業計劃，對生產運行的整個過程進行協調和管理;

    3）物料移動管理：對工廠內的物料移動進行計劃、執行、監控和記錄;

    4）物料平衡：通過物料平衡和動力平衡的方法，對測量得到的生產數據進行整合，為其它應用提供準確的數據;

    5）收率計算：支持對生產期間加工量和收率的計算;

    6）實時數據庫：用于存儲和管理實時生產過程數據，以及長期的歷史生產數據;

    7）實時數據庫應用：一組附加的面向生產執行層面用戶的應用模塊，用于監控生產操作，跟蹤、分析生產條件，對事件進行預警和處理;

    8）實驗室信息管理系統：對實驗室的質量檢驗信息進行管理，并為生產執行及時提供質檢報告;

    9）生產統計：一組面向最終用戶的應用模塊，用于自定義、顯示并且發布統計報表;

    10）生產運行信息平臺：對生產運行信息進行發布，用于各級用戶的查詢。

四、系統部署

1、系統部署的原則

    根據MES系統技術架構、石化企業的生產運作模式，進行系統部署。系統部署要遵循統一性、先進性、實用性、可操作性、靈活性、適應性、經濟性等原則，嚴格按相關標準規范執行。

2、系統部署方式

    從專業系統實施、開發和維護的角度考慮，MES系統部署應需要開發、測試、生產等3套硬件環境。其中，開發環境主要用于初始開發及今后的升級維護;測試環境主要提供給開發者一個測試平臺;生產環境則是系統實際的工作環境。由于各公司的生產管理模式不同，硬件部署也分為集中式和分布式兩種模式。下面以生產環境為例說明兩種系統部署方式。

1）集中式系統部署

    所有服務器部署在公司層面，車間不設置專門的服務器。在公司層面部署Web服務器、應用服務器、實時數據庫服務器、關系型數據庫（Oracle）服務器、實驗室信息應用（LIMS）服務器，以及磁盤陣列和磁帶庫等硬件設備。所有的服務器通過100/1000兆以太網鏈路與局域網相連，實時數據庫服務器、關系型數據庫（Oracle）服務器、實驗室信息應用（LIMS）服務器和域及備份服務器通過SAN鏈路與光纖交換機相連，構成了SAN存儲環境。備份服務器通過備份軟件對光纖磁帶庫進行備份管理，可以做到在線實時備份相關重要數據。

2）分布式系統部署

    此管理模式的系統部署比較復雜，在公司層面部署Web服務器、應用服務器、實時數據庫服務器、關系型數據庫（Oracle）服務器、實驗室信息應用（LIMS）服務器，以及磁盤陣列和磁帶庫等硬件設備�？紤]到數據安全性，在公司層面構建SAN存儲網絡。在各分廠層面部署Web服務器、實時數據庫服務器、實驗室信息應用（LIMS）服務器等硬件設備。但是如果公司下屬工廠數量比較多，或者工廠的規模比較大時，考慮到系統的性能問題，則需要在工廠一級的層面上追加部署相關應用服務器。

五、結束語

    MES是連接現場層與管理層的生產管理技術與實時信息系統，它是實施企業敏捷制造戰略，實現車間生產敏捷化的基本技術手段。MES在整個企業信息集成系統中承上啟下，是生產活動與管理活動信息溝通的橋梁。我國石化企業的MES才剛剛試點、剛剛應用，面臨著不少問題和障礙，但是隨著客戶化開發和應用的深入，MES將在我國的石化企業信息化建設中發揮重要的作用，將為企業帶來巨大的經濟效益。

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本文標題：石化企業MES系統技術架構與部署研究

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